Основные типы оптических коннекторов. Оконечные устройства волс

На сегодняшний день разработано более 70 типов коннекторов различного назначения для ВОЛС. Наиболее распространенные - симметричные оптические разъемы с конструктивным исполнением штекерного типа. Для соединения таких коннекторов используют специальные оптические адаптеры. Благодаря этим устройствам соединяемые оптические разъемы могут быть как одного, так и нескольких типов.

Описание конструкции оптического коннектора

Штекерные оптические разъемы выглядят следующим образом: оптоволокно фиксируется в специальном прецизионном наконечнике типа "феруле", который вставляется во вставку-центратор. Крепеж разъемов в адаптере может быть как байонетного типа, так и резьбового или замкового. В некоторых видах оборудования требуется подключение дуплексных пар оптоволокна, специально для этого были разработаны оптические разъемы дуплексного типа. Изначально реализация подобных устройств достигалась за счет симметричного пластмассового зажима, содержащего гнезда, в которые вкладывалась пара коннекторов, после чего они фиксировались защелкой. Больше всего для этого подходили разъемы с квадратными корпусами. Однако со временем появилась необходимость разработки оптических разъемов дуплексного типа в едином корпусе.

Очередным этапом развития производства оптоволоконных разъемов стало создание специальных коннекторов ленточного типа в цельном буферном покрытии. Тем не менее сегодня такой вид не пользуется особой популярностью из-за высокой сложности получения качественного стыка, даже с применением сварочного метода. В настоящее время основными потребителями упомянутых разъемов являются Япония и США.

Основные технические характеристики

Главными параметрами оптических коннекторов являются: долговременная стойкость и стабильность ко внешним условиям. На пропускную способность влияет обратное отражение и вносимое затухание. Эти характеристики зависят от поперечного смещения осей, а также угла между ними. А еще от френелевского отражения сигнала на границе разделения двух сред. Максимальным значением потерь, которое вносится разъемом, является оптическое затухание. Эта характеристика оказывает влияние на размер суммарных потерь в данном тракте. Этот параметр напрямую зависит от поперечного отклонения (разъюстировки) сердцевин соединяемых

Следующий важный параметр - это обратное отражение. Главный источник, влияющий на данную характеристику, - это граница разделения двух сред (воздуха и волокна). Эта составляющая может достигать существенных величин. Более того, обратное отражение может быть переменчивым во времени, то есть под влиянием внешних факторов оно в конечном итоге способно нарушить работоспособность всей системы.

Оптический аудиокабель

Сейчас большую популярность в устройстве аудиосистем завоевывают Главным преимуществом таких проводов является отсутствие помех, а значит, сигнал останется чистым и четким, несмотря на длину такого удлинителя. хорошо зарекомендовали себя надежной работой в сложных электромагнитных условиях, там, где медные провода были не в состоянии справиться с помехами. В компьютерной технике особо популярен кабель SPDIF (Sony-Philips Digital Interface) - это интерфейс для передачи аудиосигналов в цифровом виде. Он передает между устройствами без потери качества, которая неизбежно возникает при использовании аналогового метода.

Краткий обзор элементной базы

Соединители - необходимая часть любой волоконно-оптической системы передачи информации (ВОСП). Без них уже невозможно представить себе современную связь. И, естественно, в СКС соединители тоже занимают заметное место. О них спорят, их стандартизируют, но главное - никто уже не сомневается, что без них СКС не смогут нормально развиваться.

Соединитель в волоконной оптике - это комплект коннекторов , установленных на волоконно-оптический кабель и состыкованных в розетке .

Сегодня установка коннектора на кабель даже в полевых условиях, в зависимости от конструкции, занимает от 2 до 10 минут, и это - длительность технологического цикла; а трудоемкость оконцовки еще ниже.

А ведь, кажется, совсем недавно, лет десять назад, эта сложнейшая операция требовала применения станков, микроскопов, телекамер и мониторов, специальной оснастки. За день удавалось оконцевать не больше 6-8 шнуров. Сейчас оператор в стационарных условиях может оконцевать до 50 и более шнуров в смену.

Какими средствами удается достигать таких результатов?

Эта статья - о том, какие коннекторы применялись вчера, применяются сегодня и будут применяться завтра, о технологиях оконцовки.

Обычно основа коннектора - прецизионный наконечник, в который вклеивается оптическое волокно. Отверстие под волокно - 125 микрон; суммарный допуск на диаметры наконечника и отверстия, на их соосность - единицы микрон, даже если используется многомодовое волокно с диаметром световедущей жилы 62.5 мкм. А работать всё чаще приходится с одномодовым - 9.5/125 мкм. В начале 80-х существовало две технологии оконцовки кабеля: на станке и под микроскопом. Соответственно и коннекторы выпускались двух типов: с припуском на обработку или с юстируемой внешней втулкой.

Появившиеся позже волокна с хорошей геометрией и керамические прецизионные наконечники позволили полностью отказаться от юстировки серийной продукции, хотя до сих пор в некоторых типах коннекторов существует возможность выставлять эксцентриситет волокна относительно ключа коннектора, тем самым значительно (максимум - вдвое) снижая радиальное рассогласование волокон в розетке соединителя.

Уход от юстировки дал возможность вести оконцовку в условиях объекта. Появились комплекты инструментов и приспособлений, размещенные в удобных кейсах; были разработаны модификации коннекторов, исключающие операции полировки торца и даже вклейку волокна в условиях объекта. Работа свелась к разделке кабеля и механической фиксации на нем коннекторов, но платить за это пришлось снижением качества и надежности либо существенным увеличением стоимости.

И, как логическое продолжение развития, все чаще применяется наиболее прогрессивный способ монтажа сетей - из заранее оконцованных кабелей заказной длины, в том числе многожильных, бронированных, длиной до двух километров. Коннекторы таких многожильных шнуров защищены при транспортировке и прокладке отрезком гибкого металлопластикового рукава, снабженного рым-болтом для удобства прокладки. Это новшество позволило вести установку коннекторов на мерные отрезки кабеля в условиях специализированного производства, тестировать и паспортизовать его в стационарных условиях на высокоточной измерительной аппаратуре, а главное - пользоваться простыми и надежными коннекторами. Монтаж на объекте - в его традиционном понимании - при использовании такого "оптического конструктора" отсутствует; работы сводятся к прокладке и подключению готовых оконцованных кабелей.

Итак, что представляет собой современный соединитель?

Коннектор ST был разработан компанией AT&T (из нее позднее выделилась Lucent Technologies) в середине 80-х годов и в настоящее время получил наибольшее распространение в оптических подсистемах локальных сетей. Основой конструкции коннектора является керамический наконечник (ferrule) диаметром 2,5 мм с выпуклой (R~20 мм) торцевой поверхностью, которая обеспечивает физический контакт состыкованных световодов. Для защиты торца волокна от повреждений при прокручивании в момент установки применяется боковой ключ, входящий в паз розетки, вилка на розетке фиксируется подпружиненным байонетным замком.

Коннектор прост и надежен в эксплуатации, легко устанавливается, относительно дешев. Однако предельная простота конструкции имеет и отрицательные стороны: коннектор чувствителен к рывкам за кабель, значительным вибро - и ударным нагрузкам, поскольку наконечник представляет единый узел с корпусом и хвостовиком. Этот недостаток не позволяет применять ST-коннекторы на подвижных объектах. При попытках использовать такие стационарные соединители в качестве бортовых могут происходить сбои в работе аппаратуры.

Удачная конструкция коннектора ST вызывала появление на рынке большого числа ST-совместимых аналогов. Их конструктивные отличия от прототипа определяются в основном формой и материалом гайки (байонетного фиксатора), а также принципом крепления корпуса коннектора к буферным оболочкам и защитным покрытиям оптического кабеля и световода. Детали коннектора обычно выполняются из цинкового сплава с никелированием, реже - из пластмассы. Вариант с одинарным обжимом (фирмы Lucent Technologies, AMP) основан на хвостовике цилиндрической формы и обжимной гильзе. При сборке коннектора кевларовые нити упрочняющей оплетки укладываются на поверхность задней части корпуса, после чего на него надвигается и обжимается металлическая гильза. В такой конструкции при воздействии вырывающего усилия сразу же начинают работать нити упрочняющей оплетки, что резко снижает вероятность обрыва кабеля.

Для дополнительного увеличения механической прочности соединительных шнуров в коннекторах ряда фирм предусматривается обжим на задней части корпуса не только кевларовых нитей, но и внешней оболочки миникабеля.

Коннектор разрешен к применению стандартами СКС.

Розетки SТ снабжены разрезным керамическим (SM) или бронзовым (ММ) центратором. Крепление на панели - гайкой за корпусную резьбу.

Реже встречаются специальные фланцевые SТ-розетки ряда западных фирм.

Были разработаны японской телекоммуникационной корпорацией NTT и ориентированы, в основном, на применение в одномодовых линиях дальней связи и специализированных системах, а также в сетях кабельного телевидения. Керамический наконечник диаметром 2,5 мм с выпуклой (R~20 мм) торцевой поверхностью, обеспечивает физический контакт стыкуемых световодов. Его изготавливают с жесткими допусками на геометрические параметры. Все это позволяет получить низкий уровень потерь и минимум обратных отражений. Радиус наконечника обеспечивает физический контакт стыкуемых световодов. Этот контакт, исключающий воздушный зазор, применяется для уменьшения обратного отражения, например, в системах кабельного телевидения. (Иногда это подчеркивают тем, что в названии коннектора указывают аббревиатуру PC - physical contact, SPC - super physical contact, UPC - ultra physical contact; отличие здесь в качестве полировки торца, что ведет к снижению уровня отраженного сигнала; максимальное снижение удается получить шлифовкой и полировкой торца под углом 8?; при этом практически весь отраженный сигнал выходит из световедущей жилы в отражающую оболочку и затем поглощается полимерным покрытием волокна. Такие коннекторы обозначаются аббревиатурой APC - angle physical contact, и отличаются обязательным зеленым цветом хвостовиков, поскольку несовместимы с обычными коннекторами).

Для фиксации на розетке коннектор снабжен накидной гайкой с резьбой М8 х 0.75. В отличие от коннектора ST, в данной конструкции предусмотрена развязка подпружиненного наконечника относительно корпуса, что усложняет и удорожает коннектор; однако такое дополнение полностью окупается повышением надежности. Соединители FC лучше выдерживают вибрацию и удары, и потому они наиболее предпочтительны для бортовых сетей.

Многокомпонентная конструкция коннектора FC допускает азимутальное вращение наконечника в процессе оконцовки, что позволяет достигать потерь менее 0.2 дБ и работать со специализированными волокнами.

Моноблочный FC коннектор "ПТ Плюс" аналогичен большинству зарубежных FC/PC коннекторов. Все они имеют упрощенную технологию сборки, что позволяет ускорить процесс оконцовки оптического кабеля.

Основным недостатком FC и ST-коннектора считается необходимость вращательного движения при подключении к розетке соединителя. Для преодоления этого недостатка, препятствующего более плотному монтажу на лицевой панели, разработан коннектор типа SC. Конструктивно он представляет из себя прямоугольный в сечении пластмассовый корпус. Коннектор имеет механическую развязку наконечника, фиксирующего элемента и кабеля.

Подключение и отключение коннектора SC производится линейно (push-pull), Это предохраняет наконечники соединителей от прокручивания друг относительно друга в момент фиксации в розетке. Фиксирующий механизм открывается только при вытягивании коннектора за корпус. К недостаткам коннекторов SC следует отнести несколько более высокую по сравнению с изделиями серии ST цену и существенно меньшую механическую прочность. Например, усилие вырыва коннектора из розетки регламентируется в пределах 40 Н, в то время как для серии FC это значение практически может равняться прочности миникабеля. Все это не сказывается при стационарном использовании коннекторов; однако использовать их, как бортовые, нецелесообразно. Несмотря на меньшую механическую прочность, коннектор нашел широкое применение в одномодовых и многомодовых сетях и был принят, как основной, во многих странах Европы. Он также разрешен к применению стандартами СКС.

Его применение несколько ограничивается тем, что часть активного оптического оборудования, разработанного ранее 1995 года, не выпускается в вариантах с SC-розетками.

Кроме SC и ST, допускается применение других коннекторов в том случае, если система полностью поставляется одним предприятием, которое дает гарантию на СКС в целом.

В системах FDDI, отвечающих стандарту LCF, а также в некоторых типах оборудования с портами Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, используются дуплексные коннекторы типа SC. Они отличаются наличием на корпусе фиксаторов, позволяющих соединить два коннектора вместе для получения дуплексной вилки.

Для получения такой вилки из коннекторов SC, не имеющих фиксаторов, может быть использован специальный пластмассовый зажим, который состоит из двух симметричных половин, содержащих гнезда для укладки двух коннекторов и защелку для фиксации.

Пластмассовый корпус позволяет применить цветовую кодировку различных типов коннекторов SC, что облегчает их идентификацию. Одномодовые варианты имеют, обычно голубой, бежевый, а многомодовые - черный, серый цвет. Выпускается также коннектор SC со скошенной (АРС) торцевой частью наконечника. Коннекторы этого типа обязательно имеют корпус зеленого цвета.

На изменение окраски могут влиять и требования покупателей. Например, достаточно часты просьбы о применении для всех типов одномодовых соединителей более контрастного, чем бежевый, синего цвета.

Все коннекторы от "Перспективных Технологий Плюс", выпускающиеся по ТУ 25904174.01-99, имеют сертификат Минсвязи России (ССЭ) и гарантийный срок эксплуатации 18 месяцев.

Технические характеристики соединителей по ТУ 25904174.01-99:
диаметр наконечника: 2.5 ± 0.0005 мм
несоосность отверстия:
для SM менее 0.0007 мм
для MM менее 0.002 мм
угол торца наконечника АРС: 8° ±0.2°

Рабочие условия эксплуатации:
температура: -60…..+85 °С
пониженное атмосферное давление:
рабочее 60 кПа (450 мм рт.ст.)
предельное 12 кПа (90 мм рт.ст.)
влажность: до 100% при +25 °С

Соединительная розетка ST обеспечивает физический контакт соединяемых ST коннекторов. Многомодовая розетка ST содержит бронзовый разрезной центратор, одномодовая розетка ST - керамический центратор. Установка на панель - в D-образном отверстии с помощью гайки. Гораздо реже встречаются розетки с развитым фланцем, с креплением на два винта.

Соединительные розетки FC выпускаются с квадратным фланцем (тип NTT) и с гайкой (D-тип) для компактного монтажа.

D-тип может устанавливаться на панель с гнездами под ST-розетку. Разрезной плавающий центратор в одномодовых розетках - керамический, в многомодовых - бронзовый.

Соединительная розетка SC имеет полимерный корпус. В одномодовых SC и дуплексных SC розетках плавающие центраторы обычно являются керамическими, в многомодовых SC и дуплексных SC - бронзовыми. Крепление на панели осуществляется металлическим фиксатором - защелкой, реже - винтами через отверстия фланца.

Полимерные или резьбовые металлические заглушки защищают розетки от попадания пыли.

Используются для соединения шнуров различных стандартов, для сопряжения аппаратуры различных производителей с ранее проложенными сетями, если их стандарты не совпадают.

Выпускаются переходные розетки всех наиболее часто используемых стандартов: FC-SТ, FC-SC, SC-ST, SC-D-ST. Присоединительные размеры могут соответствовать любой из розеток, однако поддержание большой номенклатуры достаточно дорого; поэтому, например, все переходные розетки от "ПТ Плюс" имеют фланец, соответствующий розетке SC.

Стандартные технические характеристики розеток:
вносимые потери на соединение стандартных шнуров:
для одномодовых (SM) 0.2 дБ - типично, 0.3 дБ - максимально
для многомодовых (ММ) 0.05дБ - типично, 0.2 дБ - максимально
Цвет пластмассовых полукорпусов:
SM: бежевый, синий, зеленый (АРС);
MM: черный
Рабочие температуры: -60…..+85 °С

Кроме коннекторов, выпускаемых российскими компаниями "ПТ" и "ПТ Плюс" (массово), "Оптел" (серийно) и "Техномаш" (мелкосерийно), на отечественном рынке присутствуют изделия от АМР, Мolex, FACI, Amfenol, Lucent Technology (Avaya); появляются, обычно в составе импортной аппаратуры, изделия других фирм. Многие отечественные предприятия занимаются сейчас сборкой шнуров с применением таких комплектующих.

Как правило, эти коннекторы и розетки выполнены из никелированных цинковых сплавов (литьем или методом порошковой металлургии) или из пластмасс.

Пластмассовые изделия не обладают высокой жесткостью и твердостью, свойственной металлам, но такие соединители (после включения желательно их не трогать) имеют право на существование, например, в офисах. Расчет прост: раз в два-три года меняется поколение компьютеров, причем редкая сеть может избежать модернизации после смены 2-3 поколений, значит, время жизни офисной сети без глубокой модернизации не может превышать 5-7 лет. Такое время в офисе прослужат и пластмассовые разъемы. Наверное, лучшими из простых пластмассовых коннекторов являются коннекторы типа SC, жесткая конструкция которых (с развязанным наконечником) неплохо ведет себя при переменных нагрузках на хвостовик, а худшими - коннекторы типа ST в комплекте с пластмассовыми розетками.

Конечно, за рубежом выпускаются также и изделия безукоризненного качества, например, измерительные шнуры от американской фирмы "Rifox" или швейцарского "Diamond", где детали для коннекторов изготавливают из латуни или сплавов типа мельхиора, но их стоимость несопоставима с ценой той продукции, которая продвигается на наши рынки.

Кроме трех основных типов одноканальных коннекторов, (занимающих, например, более 73% рынка США), на нашем рынке присутствуют и другие коннекторы, например, SMA, DIN, D4, Е-2000 (и начинают появляться SFF-типы, о которых следует рассказать отдельно).

Соединитель типа SMA морально устарел еще в начале 90-х годов. В этой конструкции, применявшейся одно время в странах НАТО (как оптический аналог электроразъема SMA), нет разрезного плавающего центратора; "нестандартные" наконечники диаметром 3.75 мм стыкуются в жесткой соединительной розетке без ключа, что ведет к высоким потерям и повреждениям торца волокна. Соединительная резьба - 3/8 дюйма, что тоже не способствовало популярности изделия.

Когда в начале 90-х годов "Перспективные Технологии" выпускали детали SMA-совместимого соединителя на своем производстве, пришлось существенно ужесточить допуски на размеры по сравнению с принятыми, например, в Англии. Ведь даже расчеты показывали невозможность получения хороших параметров на случайном сочетании розеток и коннекторов. С тех пор многое изменилось лучшему в качестве, но, тем не менее, на Западе тип SMA сейчас используется только для поддержания старой аппаратуры, а также в медицинских и других прикладных применениях волоконной оптики. В современных системах связи его нет. И если он все же порой появляется в изделиях, получаемых российскими предприятиями с Запада (даже в 2000 году), Вы можете сами сделать вывод о добросовестности поставщиков и компетентности покупателей.

Соединитель типа DIN имеет небольшие габариты (например, соединительная резьба - М5.5х0.5, диаметр гайки - 7 мм) и далеко выступающий керамический наконечник диаметром 2.5 мм, ключ от поворота. Достаточно широко применялся в Германии, поступает в Россию в составе аппаратуры. В Европе выпускается транснациональным концерном "Diamond", чьи предприятия расположены от Норвегии до Италии, а новые филиалы открыты в Венгрии и Чехии. Употребление на рынке США - не прослеживается.

Соединитель типа D4 - "ветеран" среди оптических разъемов; резьбовое соединение в розетке, гайка М8х0.75. Ключ, выступающий из корпуса вперед (нетехнологичная конструкция), и "нестандартный" наконечник диаметром 2 мм определили его незначительное потребление, что не помешало попытке скопировать его в конце 80-х годов для нужд нашей "оборонки" (у нас - Лист-Х). Употребление на рынке США - не прослеживается.

Соединитель типа Е-2000 - пластмассовый соединитель типа push-pull от "Diamond". Коннектор имеет наконечник диаметром 2.5 мм, корпуса коннектора и розетки - пластмассовые, со сдвигающимися в процессе включения заглушками, предохраняющими внутренние части от попадания пыли. По сравнению с остальными изделиями конструкция Е-2000 выглядит из-за таких усовершенствований сложнее, стоит существенно дороже. Насколько это оправдано - судить трудно, т.к. пылезащита особо важна вне офиса, а к объектовым пластмассовый соединитель относить, наверное, не следует. С одной стороны, чем сложнее конструкция, тем вероятнее отказы; с другой - мы имеем дело с традиционным качеством от "Diamond" (соединитель рассчитан на 2000 циклов открывания - закрывания), а переключаются коннекторы в реальной жизни нечасто.

Относительно сложная конструкция так и не смогла стать популярной в мире, хотя "родитель" широко рекламировал новинку и развернул ее производство в Восточной Европе. (Сейчас объем продаж Е-2000 в США - менее 1%, прогноз на 2004 и 2009 гг. - тот же.)

Другие одноканальники в России почти не встречаются.

В последние годы чаще начали появляться дорогие импортные коннекторы для ускоренной оконцовки в условиях объекта без использования эпоксидного клея. Такие технологии используют механическую фиксацию волокна встроенными в коннектор зажимами, термофиксацию клеями-расплавами и т. п.

Могут применяться в различных типах стандартных коннекторов.

Например, в коннекторах от 3М Hot Melt используется "передовая адгезивная технология без применения эпоксидных смол". На деле это означает, что коннектор содержит дозу клея-расплава. После нагрева в мини-печке, входящей в состав комплекта инструментов для оконцовки, волокно фиксируется в наконечнике и полируется. Цена таких коннекторов в 1.8 - 2.8 раза выше, чем обычных, цена комплекта инструментов - около 1000 $. Было время, когда продажи таких коннекторов на Западе непрерывно росли, и казалось, они полностью вытеснят эпоксидную технологию, однако этого не произошло, и объем продаж резко упал.

Возможно, это связано с хладотекучестью клеев-расплавов под давлением. В самом деле, если считать, что радиус торца наконечника выполнен правильно, а так называемый offset - отклонение оптической оси волокна от вершины радиуса не превышает 50 мкм, получается, что на волокно O 125 мкм приходится усилие пружины 6 -15 Н, т.е. давление на торец волокна может достигать тысяч атмосфер. Не исключено, что при таком давлении и перепадах температур волокно в клее-расплаве со временем смещается вдоль оси, а это влечет за собой ухудшение или потерю физического контакта, а значит, ведет к увеличению прямых потерь и к росту обратных отражений.

Коннекторы от АМР LightCrimp фиксируют волокно механическим зажимом: расположенные в корпусе коннектора (за наконечником) три шарика из мягкого сплава деформируются с помощью специального инструмента, обжимая волокно с трех сторон. После фиксации обработка волокна идет по традиционной технологии: скол, полировка. Существенным недостатком способа является то, что волокно не зафиксировано в капилляре наконечника. Микронный зазор между ними удерживает влагу и частицы абразива, которые могут в момент включения попасть между торцами коннекторов, сделав невозможным физический контакт волокон.

Этот недостаток ликвидирован, например, в коннекторах Corning® UniCam®

Коннектор уже содержит отрезок волокна, один конец которого вклеен в капилляр и отполирован, а второй конец вставлен в механический сплайс, размещенный в одном корпусе с капилляром.

Процесс оконцевания сводится к зачистке, точному сколу, установке и фиксации волокна в коннекторе. Время установки коннектора - около 1 минуты. Исключены требующие определенной квалификации работы по вклейке волокна и шлифовке торца капилляра.

Это позволяет эффективно применять коннекторы для инсталляции оптических сетей в условиях дефицита времени, а так же при замене и ремонте в условиях объекта.

При оконцевании, помимо стандартного набора инструментов, необходимо использовать универсальное устройство для инсталляции коннекторов UniCam® и универсальное кримпирующее устройство.

Типичные потери при таком способе оконцовки - 0.3 дБ (не следует забывать о том, что плата за скорость и удобство оконцовки - три стыка вместо одного: в сущности, в каждом из пары стыкуемых коннекторов имеется свой неразборный сплайс). Стоимость таких коннекторов в 4…5 раз дороже обычных SC и ST.

А вот "Diamond" считает более целесообразным подваривать оптическое волокно. Применяемая производителем технология установки коннекторов Е-2000 Fuision предполагает приваривание волокна из кабеля к уже установленному в разъеме отрезку волокна. Все операции (разделка, скалывание, сварка) осуществляются стандартным инструментом, но с использованием специальной установочной кассеты.

Соединитель "Diamond Е-2000" является своего рода переходным типом между изделиями сегодняшнего поколения и соединителями новой волны, т.н. small form factor . Вариант исполнения Е-2000 СОМРАСТ DUPLEX выпущен в габаритах стандарта RJ 45, что позволяет существенно уплотнять монтаж. Здесь два коннектора Е-2000 соединены защелкой в дуплексную вилку. Розетка - дуплексная, малогабаритная, моноблочная, с базой между центраторами 7.4 мм. Соединитель достаточно широко распространен в странах Восточной Европы, где расположены новые производственные мощности "Diamond". Среди производителей, лицензировавших у Diamond разъем CECC-LSH (Е-2000 - это торговая марка принадлежащая Diamond) следует отметить Reichle & De-Massari и Krone. Кроме того, дочерняя компания Diamond - FiberCraft - выпускает ряд активных и пассивных продуктов (адаптеры Ethernet, преобразователи среды, коммутационные панели и проч.) с применением E-2000.

Соединители small form factor.

Но настоящая "битва мини-разъемов", как образно назвали этот длительный и пока безрезультатный процесс, разворачивается исключительно в Соединенных Штатах. Соединитель SC, закрепленный стандартом TIA/EIA-586A, перестал удовлетворять требованиям пользователей, в частности, к горизонтальной разводке. SC в дуплексном варианте слишком велик, а это предполагает использование специальных лицевых панелей для розеток. Отсюда - трудности установки совместно с RJ-45, малая плотность монтажа.

В подкомитет TIA FO-6.3 начали поступать запросы на стандартизацию рассчитанного на применение в локальных сетях соединителя, в том числе и для пластиковых (обратите внимание, на то, чем собираются вести последнюю стометровку!) волокон , того же размера, что и стандартные розетки RJ-45 для меди. Новое поколение разъемов должно, с точки зрения заказчиков, удовлетворять следующим требованиям: изначальная ориентация на рынок горизонтальной проводки, наличие дуплексного решения, соответствие по размеру RJ-45. При этом компания Panduit первой представила соединитель FJ (Fiber Jack, или OPTI-JACK). Были представлены также соединители Volition (или VF-45) от 3M, Mini-MT (Mini-MPO) от Siecor (Corning Cable Sistems), Mini-MAC от Berg, LC от Lucent, SCDC/SCQC (2/4 волоконных разъема в корпусе SC) от Siecor и разъем MT-RJ от AMP. Этот тип соединителя AMP продвигает не в одиночку, а при поддержке таких компаний, как Hewlett-Packard, Siecor, Fujikura и USConnec. SCDC/SCQC имеет также поддержку со стороны IBM и Siemens.

Судя по сложившейся ситуации, среди претендентов уже выделились лидеры и выявились два аутсайдера - это разъемы mini MT и SCDC/SCQC.

Оставшиеся разъемы будут применяться хотя бы как решения для коммутационных панелей. Panduit не откажется от своей разработки Opti Jack, 3M будет продвигать свой разъем Volition (VF-45). Эти разработки вряд ли найдут применение где-либо, кроме коммутационных панелей, так как им необходима поддержка производителей активного оборудования, но те сегодня склоняются к двум другим решениям. Это соединители MT-RJ и LC. Соединитель от AMP пользуется поддержкой Hewlett-Packard и Cisco, а также ряда производителей компонентов. Lucent же сама по себе имеет значительный вес как производитель сетевого и телекоммуникационного оборудования, к тому же компанию также поддерживают другие производители. Характерно, что один из ведущих производителей волоконно-оптических продуктов - Molex - приобрел лицензии как на технологию LC, так и на MT-RJ. Соединители LC уже доступны для заказа в России. AMP и Molex также объявили о начале поставок серии MT-RJ в Россию.

Поскольку такие соединители нового поколения (Small form factor ) проникают на отечественный рынок, следует иметь о них хотя бы минимальное представление.

Small form factor как правило, выпускаются либо в дуплексном варианте, либо с возможностью объединения двух коннекторов в один дуплексный; габариты - в стандарте RJ 45. Возможно, что универсальность LC и MU дадут им определенные преимущества в объемах продаж и распространении перед чисто дуплексными решениями; отчасти это подтверждается меньшим спросом на Opti Jack - вряд ли это только следствие недостаточной поддержки со стороны поставщиков активного оборудования, хотя такая поддержка очень существенна. Ниже мы рассмотрим соединители Small form factor в порядке возможной востребованности заказчиками.

Соединитель LC от Lucent - простой коннектор с развязанным от корпуса наконечником, механизм фиксации - RJ-45, выпускается в вариантах MM и SM. Диаметр керамического наконечника 1.25 мм; корпус - пластмассовый, детали - пластик, металл. Потери, по данным Lucent - 0.2 дБ. Легко объединяется в дуплекс.

На начало 2000 г. продажи на Западе составили 2.5 млн. разъемов (40% MM и 60% SM, но объемы продаж ММ растут быстрее).

Соединитель MT-RJ , разработанный консорциумом производителей в составе AMP, Hewlett-Packard, Siecor LIN, Fujikura и USConnec, имеет широкую поддержку в сетевой отрасли. Представляет собой миниатюрный дуплексный разъем, в прямоугольный корпус которого, не имеющий наконечников, но содержащий пару металлических направляющих, предварительно устанавливаются два волокна. Для подключения кабеля предусмотрен механический сплайс. После установки кабель фиксируется поворотом запирающего ключа. Выпускается в вариантах MM и SM. Средние потери - 0.2 дБ. Используется в коммутаторах, маршрутизаторах, концентраторах, сетевых платах и коммутационных платах более чем 45 компаниями. Не сможет стать универсальным, т.к. существует только в дуплексном варианте исполнения; технологически сложен в производстве, в отличие от соединителей с керамическими наконечниками может выпускаться далеко не всеми желающими, даже при покупке лицензий и ноу-хау. Здесь уместно также вспомнить судьбу других коннекторов с нестандартной присоединительной базой - CMA, Biconic и др.

Соединитель MU похож на SC, уменьшенный в поперечнике примерно вдвое. Механизм фиксации аналогичен SC, т.е. сложнее, чем у LC, а с учетом уменьшения габаритов может быть и менее надежен; выпускается в вариантах MM и SM. Наконечник и центратор - керамические, диаметром 1.25 мм, корпус пластмассовый, детали - пластик, металл. Выпускается компанией NTT-AT и другими фирмами.

Соединитель Volition (VF-45) . Широко рекламировался, как не содержащий дорогостоящих керамических наконечников. Однако это же можно считать и недостатком - невозможен физический контакт волокон, что резко ограничивает применение разъема (только многомод 62.5/125 с потерями до 0.5 и более дБ). Соединитель смотрится крупнее рассмотренных выше изделий, имеет излом оси, что может оказаться не всегда удобным в применении.

Резко отличающаяся от других типов коннекторов технология фиксации волокон в V-образных канавках также не добавила популярности новому разъему.

Приведенные в журнале Lightwave сведения о продажах соединителей в 1999 г., прогноз на 2004 и 2009 гг. по рынку США позволяют судить о популярности старых и новых соединителей, их предполагаемой "долговечности" на рынке, приоритетах покупателей. Данные пересчитаны только на коннекторы (изъяты обезличенные объемы продаж розеток, а также сплайсов - механических соединителей двух сколотых волокон в капилляре с иммерсией) и поэтому отличаются от журнальных. Положение на рынках США и Европы может отличаться, однако следует учесть, что основное количество активного оборудования, в том числе для СКС, выпускается под спрос в США, а это во многом определяет структуру пассивных компонентов в мире.

Выводы . В ближайшие годы начнется перераспределение мирового рынка коннекторов. При этом, как считают американские эксперты, до 2009 г. значительно (примерно в четыре раза) снизится доля коннекторов ST и FC, в 1.75 раза уменьшится доля SC коннекторов, резко увеличится доля LC , объем продаж которых сравняется с SC. Доля MT-RJ коннекторов вырастет почти вдвое, однако объем продаж в итоге будет почти вдвое меньше, чем у LC. Е-2000 и VF-45 сохранят свои минимальные доли рынка. Следует учесть, что все это перераспределение будет происходить на фоне общего роста объемов продаж - более чем вдвое за каждые 5 лет вплоть до 2009 г. - последнего прогнозируемого. Поэтому абсолютный рост выпуска будет наблюдаться у всех типов коннекторов. В России эти тенденции обычно проявляются с задержкой в полтора - два года. Возможно, они будут сглажены ориентацией наших предприятий на надежные и, главное, долговечные металлические коннекторы. Новые разъемы будут проникать в Россию в первую очередь с новой высокоскоростной аппаратурой связи и спектрального уплотнения, а также в составе комплексных поставок западных СКС.

Технологии и средства связи, 1-2001, с.72 Традиционные оптические соединители. В. Репин
Технологии и средства связи, 1-2001, с.74 Оптические соединители нового поколения. Н. Гуща
Технологии и средства связи, 1-2001, с. 76 Тенденции и прогнозы. В. Репин

Для соединения оптических кабелей в муфтах или установки пигтейлов в кроссах обычно используют сварочный аппарат - он позволяет надежно и с максимальной плотностью фиксировать волокна, а так же оставлять технологические запасы на повторное соединение и перемещения волокон в кабеле под воздействием температуры и растягивающего усилия. В большинстве случаев сварка самый удобный вид соединения. Но у нее есть и недостатки, которые можно решить с помощью установки на кабель быстрых коннекторов.

Какие проблемы возникают при использовании сварки как основного вида соединений?

1. Место сварки оптического волокна становится хрупким и его следует фиксировать специальной термоусадочной гильзой КЗДС.

2. Термоусадочная гильза требует фиксации, т.к. не защищает волокно от растягивающего усилия.

3. Волокно с обоих сторон гильзы может сломаться, т.к. с него снята защитная оболочка.

4. Нельзя произвести соединение волокон с помощью сварки в сложных условиях, например когда нет запаса волокна или на столбе без технологического запаса волокна.

Из всего следует, что при оконцовывании кабеля всегда требуется установка маленького кросса, а при развертывании сетей в частном секторе всегда требуется снимать муфту со столба и оставлять колечки кабеля магистрального и клиентских, что со временем создает паутину из проводов. И самое главное нельзя провести такие работы одному монтажнику, т.к. он просто не сможет снять муфту.

Вставляем оптическое волокно в центральную трубку и перемещаем зажимной бегунок вправо, тем самым фиксируя его в разъеме. Передвинув его обратно можно вынуть волокно из коннектора.

Под крышкой, зажимающей кабель от выскальзывания необходимо оставить запас волокна. Быстрый коннектор типа SC одевается непосредственно на кабель, поэтому нельзя оставить большой запас волокна, как при использовании сварочного аппарата. Если длина кабеля более 200 метров нужно предпринять меры для исключения перемещения волокон внутри кабеля, например оставлять запас, свернутый в колечки.

Закрываем крышку быстрого коннектора и затягиваем зажимную втулку. Хотя разъем предназначен для установки на FTTH кабель, можно устанавливать его и на центральную трубку кабеля.

ВНИМАНИЕ!!! При установки на центральную трубку она не надежно фиксируется в разъеме, нужно положить сверху обрезок этой трубки, или намотать немного изоленты, что бы увеличить ее толщину. В этом случае крепление будет надежным.

Осталось только одеть синий пластмассовый фиксатор в розетке и готово - волокно можно подключать к оборудованию. Можно подключить его непосредственно или расположить в кроссе или настенной розетке, а подключение оборудования осуществлять через промежуточный патчкорд.

Теперь для сравнения произведем установку разъема с применением оптического сварочного аппарата. Сами разъемы на кабель с помощью сварки непосредственно не устанавливаются, поэтому нужно использовать разрезанный патчкорд или специальный оптический пигтейл. Он приваривается к волокну из кабеля и устанавливается в кроссе.

Существуют оптические патчкорды с разъемами SC разной длины, у них обычно толстая изоляция 2 или 3 миллиметра, бывают и специальные пигтейлы (обрезанные патчкорды), с тонкой внешней изоляцией 0.9 миллиметров. Использовать можно любые, однако для плотного монтажа многоволоконного кабеля в кроссе целесообразнее использовать пигтейлы с тонкой изоляцией - они легко гнуться и фиксируются, не занимают много места.

Сделать из патчкорда пигтейл можно с помощью специального кабельного стриппера с различными диаметрами отверстий. Разрезаем его пополам и снимаем верхнюю защитную изоляцию.

В итоге получаем тот же оптический пигтейл, который при сравнении с оптическим волокном обладает несколько более толстой защитной оболочкой.

Скалываем оптическое волокно из кабеля по линейке 20 миллиметров скалывателем Jilong KL- 21 C . Естественно волокно предварительно нужно очистить и снять буферное покрытие стриппером.

Зажимаем волокно прижимной планкой скалывателя KL- 21 C , закрываем крышку и производим скол.

Аналогичную операцию производим и с привариваемым патчкордом - снимаем буферное покрытие, протираем и скалываем.

Включаем сварочный аппарат Jilong KL-280 G и ждем его готовности к работе, когда на экране появится соответствующее сообщение.

Открываем защитную крышку сварочного аппарата и укладываем пигтейл на правую зажимную площадку, волокно при этом должно попасть на V образную канавку перед сварочными электродами. Предварительно на волокно нужно одеть термоусадочную гильзу КЗДС.

Аналогично укладываем волокно из оптического кабеля слева. Роутер Mikrotik RB450 G используем в качестве подставки под кабель.

После закрытия крышки сварочного аппарата Jilong KL-280 он автоматически производит сведение и сварку волокон, но предварительно проверяет качество произведенного скола. Аппарату скол не понравился, поэтому он выдал сообщение что превышен угол скола. Хоть на экране аппарата и виден дефект волокна справа, однако не всегда его явно видно и было бы не плохо, если аппарат сообщал с какой стороны плохой скол.

Сообщение с экрана сварочного аппарата об ошибке - "Превышен угол скола". Он предлагает игнорировать дефект и продолжить, но лучше этого не делать и произвести повторный скол волокна.

После произведения повторных действий по сколу, очистке и укладки волокна аппарат без проблем произвел сварку и показал информацию о потерях в сварном соединении - Loss: 0.01 dB - такое значение должно быть показано при всех сварках, если оно выше 0.03 , то нужно произвести повторное соединение волокон.

Вводить волокна в аппарат Jilong KL-280 G можно даже в защитной оболочке, специальная прокладка под крышкой и соответствующий вырез это позволяют.

После сварки волокно натягивается между зажимными планками, если одну пошевелить пальцем, вторая так же будет перемещаться, поэтому открывать крышки следует аккуратно.

Получилось вот такое красивое соединение, однако глаз специалиста сразу поймет не ладное.

Забыли одеть термоусадочную гильзу КЗДС, а без нее волокно можно легко сломать. Это одна из основных ошибок при начале работы с оптикой. Придется разрезать волокно и произвести повторную сварку. Нельзя просто взять и разрезать волокно в любом месте, нужно найти место сварки и вырезать его с двух сторон, как красную ленточку при открытии новых объектов строителями.

Производим повторный скол скалывателем Jilong KL- 21 C , только линейку ставим на самое минимальное значение, что бы буферное покрытие было на максимально возможной длине оптического волокна.

Одеваем термоусадочную гильзу и вновь заводим волокна в сварочный аппарат.

Производим сварку и получаем результат - Loss:0.36 dB - это очень много, нужно резать и делать повторную сварку. Видно что волокно сварилось со смещением, что говорит о том, что нельзя укладывать в канавку сварочного аппарата волокно с не снятым буферным покрытием.

Зато гильза КЗДС на месте, однако она не закрывает все волокно со снятым буферным покрытием - со стороны кабеля конец оголенного волокна был короткий, а со стороны патчкорда забыли выровнять длину. Режем снова.

Пробуем сразу поместить волокна в сварочный аппарат не скалывая их концы - и вот наглядный результат. Сразу становиться понятно для чего нужен скалыватель и можно ли обойтись без него. Аппарат для сварки оптических волокон Jilong KL-280 G не будет работать если их торцы не обработаны.

Аппарат выдает соответствующее предупреждение.

Теперь производим скол по всем правилам с обрезкой волокна по линейке на 16 миллиметров.

И попадаем опять на сообщение о превышении угла скола, смотрим на картинке какое волокно с дефектом (в данном случае правое) и производим повторный скол.

Вставляем волокна в аппарат Jilong KL 280 G и закрываем крышку. Волокна должны свободно перемещаться, т.к. аппарат во время сведения может утягивать их внутрь. Так же не следует располагать волокна глубже сварочного электрода, аппарат выдаст сообщение об ошибке - он может только втягивать волокна в себя, а не выталкивать обратно.

Процесс сварки производится автоматически, в этом и есть основное отличие сварочного аппарата Jilong KL-280 G от обычного KL-280 .

Опять что-то пошло не так и аппарат выдал сбой сварки с интересной картинкой волокна с дыркой в центре, нужно опять резать и переделывать.

Однако само волокно с дефектом сварилось и достаточно крепко.

Производим повторную сварку.

И получаем требуемый уровень потерь - Loss: 0.01 dB .

Аккуратно достаем волокна, сдвигаем термоусадочную гильзу КЗДС на место сварки и помещаем ее в печку вверху сварочного аппарата.

Закрываем крышку, но ей мешает толстая оболочка кабеля - ничего страшного, печка может работать и с приоткрытой крышкой.

Для включения печки следует нажать кнопку HEAT на панели сварочного аппарата.

И по завершении процесса усадки вынуть гильзу и разместить ее в специальном металлическом держателе для полного остывания. Гильза может прилипнуть в печке, поэтому следует доставать ее сразу после звукового сигнала.

Вот результат, волокно сварено, одета гильза КЗДС, но все равно обращаться с ним нужно осторожно и требуется уложить в кросс или настенную коробку.

Вид со стороны коннекторов на соединения различных типов. Вверху быстрый коннектор одетый на центральную трубку оптического кабеля, внизу патчкорд, приваренный к основному кабелю.

С другой стороны все не так аккуратно. Если конец кабеля с быстрым коннектором можно гнуть как угодно, то конец кабеля в месте сварки очень легко повредить и требуется защитить его путем укладки в маленький настенный оптический бокс, при этом для подключения активного оборудования понадобиться использовать дополнительный пигтейл.

Конечно можно разделать волокно так, что бы центральная трубка оптического кабеля зашла в гильзу КЗДС, и буферное покрытие пигтейла так же оказалось внутри, тогда при усадке и трубка основного кабеля, и приваренный патчкорд окажутся надежно соединенными.

Естественно внешний вид такого соединения не очень аккуратный. Толстую желтую изоляцию не получится одеть в гильзу, т.к. она не зажимается лапкой сварочного аппарата, тут можно либо обмотать все изолентой, либо одеть несколько обычных термоусадочных трубок для электрических кабелей.

В сравнении со сваркой соединение быстрым коннектором с разъемом SC производится быстрее и проще, кроме этого в некоторых случаях не требуется применение оптического кросса и лишних переходников с патчкордами. Что может быть удобно при подключении абонентских кабелей в муфты на столбах не на сварке, а на быстрых соединителях. В муфте предварительно развариваются волокна и устанавливаются розетки, абонентские кабели на земле оконцовываются коннекторами и подключаются к муфте, при этом запас кабеля не требуется и на столбах не появляется паутина из проводов. Кроме этого быстрые соединители можно использовать при строительстве сетей на базе технологии PON.

Стоимость самого дешевого оптического кабеля меньше витой пары, поэтому набор из скалывателя, стриппера и быстрых коннекторов очень быстро окупается, особенно если часто приходится прокладывать линии связи длиной более 100 метров.

Данный информационный материал был создан, подготовлен и размещен специалистами ООО «ЛАНМАРТ» и является собственностью администрации проекта www.сайт. Любое использование и размещение данного материала на других ресурсах допускается только при наличии прямой ссылки на первоисточник.

Первый шаг в разработке оптоволоконной системы - выбор передатчиков и приемников, наилучшим образом подходящих к заданному типу сигнала. Лучше всего это делать, сравнивая техническую информацию об изделиях и консультируясь с инженерами фирмы-изготовителя, которые помогут подобрать наилучший вариант. После этого надо выбрать сам оптоволоконный кабель, оптические соединители и метод их установки. Хотя это в самом деле не очень простая задача, часто не имеющие опыта инженеры испытывают неоправданную боязнь технологий работы с оптоволокном. В этой брошюре мы попытаемся прояснить несколько распространенных заблуждений об оптоволоконных кабелях и монтаже разъемов на них.

Конструкция кабеля

Выбор кабеля определяется решаемой задачей.

Как и медные провода, оптоволоконные кабели выпускаются во множестве различных вариантов. Существуют одно- и многожильные кабели, кабели для воздушной прокладки или непосредственной укладки в грунт, кабели в негорючей оболочке для прокладки в пространстве между фальшпотолком и перекрытием и в межэтажных кабельных каналах, и даже сверхпрочные тактические кабели военного назначения, способные выдерживать сильнейшие механические перегрузки. Понятно, что выбор кабеля определяется решаемой задачей.

Вне зависимости от вида внешней оболочки, в любом оптоволоконном кабеле имеется хотя бы один волоконный световод. Остальные конструктивные элементы (разные в разных типах кабеля) защищают световод от повреждений. Наиболее часто используются две схемы защиты тонких оптических волокон: с помощью неплотно облегающей трубки и с помощью плотно прилегающей оболочки.

Наиболее часто используются две схемы защиты тонких оптических волокон: с помощью неплотно облегающей трубки и с помощью плотно прилегающей оболочки.

В первом способе оптоволокно находится внутри пластмассовой защитной трубки, внутренний диаметр которой больше внешнего диаметра волокна. Иногда эту трубку заполняют силиконовым гелем, предотвращающим скопление влаги в ней. Поскольку оптоволокно свободно «плавает» в трубке, механические усилия, действующие на кабель снаружи, обычно его не достигают. Такой кабель очень устойчив к продольным воздействиям, возникающим при протяжке через кабельные каналы или при прокладке кабеля на опорах. Поскольку в световоде нет значительных механических напряжений, кабели такой конструкции имеют малые оптические потери.

Второй способ состоит в использовании толстого пластикового покрытия, нанесенного прямо на поверхность световода. Защищенный таким образом кабель имеет меньший диаметр и массу, большую устойчивость к ударным воздействиям и гибкость, но поскольку оптоволокно жестко зафиксировано внутри кабеля, его стойкость к растяжению не столь высока, как при использовании свободно облегающей защитной трубки. Такой кабель применяется там, где не предъявляются очень высокие требования к механическим параметрам, например, при прокладке внутри зданий или для соединения отдельных блоков аппаратуры. На рис. 1 схематично показано устройство обоих типов кабеля.

Рис. 1. Конструкция основных типов оптоволоконных кабелей

На рис. 2 показано поперечное сечение одно- и двухжильного оптоволоконного кабеля, а также более сложного многожильного. Двухжильный кабель внешне похож на обычный сетевой электропровод.

Во всех случаях световод с защитной трубкой сначала заключаются в слой синтетической (например, кевларовой) оплетки, определяющей прочность кабеля на растяжение, а затем все элементы помещаются во внешнюю защитную оболочку из поливинилхлорида или другого подобного материала. В многожильных кабелях часто добавляется дополнительный центральный усиливающий элемент. При изготовлении оптоволоконных кабелей используются, как правило, только не проводящие электрический ток материалы, но иногда добавляется внешняя навивка из стальной ленты для защиты от грызунов (кабель для непосредственной укладки в грунт) или внутренние усиливающие элементы из стальной проволоки (кабели для воздушных линий на опорах). Существуют также кабели с дополнительными медными жилами, по которым подается питание на удаленные электронные устройства, используемые в системе передачи сигнала.

Рис. 2. Различные типы кабелей в поперечном разрезе

Волоконные световоды

Независимо от разнообразия конструкций кабелей их основной элемент - оптическое волокно - существует лишь в двух основных модификациях: многомодовое (для передачи на расстояния примерно до 10 км) и одномодовое (для больших расстояний). Применяемое в телекоммуникациях оптоволокно обычно выпускается в двух типоразмерах, отличающихся диаметром сердцевины: 50 и 62,5 мкм. Внешний диаметр в обоих случаях составляет 125 мкм, для обоих типоразмеров используются одни и те же разъемы. Одномодовое оптоволокно выпускается только одного типоразмера: диаметр сердцевины 8-10 мкм, внешний диаметр 125 мкм. Разъемы для многомодовых и одномодовых световодов, несмотря на внешнее сходство, не взаимозаменяемы.

Рис. 3. Прохождение света через оптоволокно со ступенчатым и плавным профилем показателя преломления

На рис. 3 показано устройство двух типов оптоволокна - со ступенчатой и с плавной зависимостью показателя преломления от радиуса (профилем).

Волокно со ступенчатым профилем состоит из сердцевины из сверхчистого стекла, окруженной обычным стеклом с более высоким показателем преломления. При таком сочетании свет, распространяясь по волокну, непрерывно отражается от границы двух стекол, примерно как теннисный шарик, запущенный в трубу. В световоде с плавным профилем показателя преломления, который целиком изготовлен из сверхчистого стекла, свет распространяется не с резким, а с постепенным изменением направления, как в толстой линзе. В оптоволокне обоих типов свет надежно заперт и выходит из него только на дальнем конце.

Потери в оптоволокне возникают из-за поглощения и рассеяния на неоднородностях стекла, а также из-за механических воздействий на кабель, при котором световод изгибается так сильно, что свет начинает выходить через оболочку наружу. Величина поглощения в стекле зависит от длины волны света. На 850 нм (свет с такой длиной волны в основном применяется в системах передачи на небольшие расстояния) потери в обычном оптоволокне составляют 4-5 дБ на километр кабеля. На 1300 нм потери снижаются до 3 дБ/км, а на 1550 нм - до величины порядка 1 дБ. Свет с двумя последними длинами волн используется для передачи данных на большие расстояния.

Потери, о которых только что было сказано, не зависят от частоты передаваемого сигнала (скорости передачи данных). Однако существует еще одна причина потерь, которая зависит от частоты сигнала и связана с существованием множества путей распространения света в световоде. Рис. 4 поясняет механизм возникновения таких потерь в оптоволокне со ступенчатым профилем показателя преломления.

Рис. 4. Различные пути распространения света в оптоволокне

Луч, вошедший в оптоволокно почти параллельно его оси, проходит меньший путь, чем тот, который испытывает многократные отражения, поэтому свету для достижения дальнего конца световода требуется разное время. Из-за этого световые импульсы с малой длительностью нарастания и спада, обычно используемые для передачи данных, на выходе из оптоволокна размываются, что ограничивает максимальную частоту их следования. Влияние этого эффекта выражается в мегагерцах полосы пропускания кабеля на километр его длины. Стандартное волокно с диаметром сердцевины 62,5 мкм (многократно превышающим длину волны света) имеет максимальную частоту 160 МГц на 1 км на длине волны 850 нм и 500 МГц на 1 км при 1300 нм. Одномодовое волокно с более тонкой сердцевиной (8 мкм) обеспечивает максимальную частоту в тысячи мегагерц на 1 км. Однако для большинства низкочастотных систем максимальное расстояние передачи в основном ограничивается все же поглощением света, а не эффектом размывания импульсов.

Оптические разъемы

Поскольку свет передается только по очень тонкой сердцевине оптоволокна, важно очень точно совмещать его с излучателями в передатчиках, фотодетекторами в приемниках и световодами в оптических соединениях. Эта функция возлагается на оптические разъемы, которые изготавливаются с очень высокой точностью (допуски имеют порядок тысячных долей миллиметра).

Хотя существует много типов оптических разъемов, сейчас наиболее распространен разъем типа ST (рис. 5). Он состоит из изготовленного с высокой точностью штифта, в который выходит оптоволокно, пружинного механизма, который прижимает штифт к такому же штифту в ответной части разъема (или в электронно-оптическом устройстве) и кожуха, механически разгружающего кабель.

Разъемы ST выпускаются в вариантах для одномодового и многомодового оптоволокна. Основное различие между ними заключено в центральном штифте и его не так просто заметить визуально. Однако следует внимательно относиться к выбору варианта разъема: если одномодовые разъемы еще можно использовать с многомодовыми излучателями и детекторами, то разъемы для многомодового кабеля с одномодовым будут работать плохо или вообще приведут к неработоспособности системы.

Рис. 5. Оптический разъем типа ST

Однако следует внимательно относиться к выбору варианта разъема: если одномодовые разъемы еще можно использовать с многомодовыми излучателями и детекторами, то разъемы для многомодового кабеля с одномодовым будут работать плохо или вообще приведут к неработоспособности системы.

Установка оптического разъема на кабель начинается со снятия оболочки с помощью практически таких же инструментов, что используются для электрического кабеля. Затем усиливающие элементы обрезаются на нужную длину и вставляются в различные удерживающие уплотнения и втулки. В кабеле со свободно облегающей защитной трубкой ее конец снимается, чтобы обнажить само оптоволокно. В кабеле с плотно прилегающей к оптоволокну оболочкой она снимается с помощью прецизионного инструмента, напоминающего устройство для снятия изоляции с тонких электрических проводов. До этого момента процесс очень похож на работу с электрическим кабелем, но дальше начинаются отличия. Освобожденное от оболочек оптоволокно смазывается быстротвердеющей эпоксидной смолой и вставляется в прецизионно выполненное отверстие или канавку штифта, конец оптоволокна при этом выходит из отверстия наружу. Затем на разъеме устанавливаются элементы механической разгрузки кабеля, и он готов к завершающим операциям. Штифт помещается в специальное приспособление, в котором торчащий конец оптоволокна скалывается. На это уходит одна-две секунды, после чего разъем устанавливается в специальное зажимное приспособление, где выполняется полировка скола с помощью специальных пленок двух или трех степеней шероховатости. На все, не считая пяти минут на затвердевание эпоксидной смолы, уходит 5-10 минут в зависимости от мастерства монтажника.

Фактически, сборка оптического разъема ST - не более трудная задача, чем монтаж старого знакомого электрического разъема BNC.

Разъемы всех типов их изготовители снабжают простой пошаговой инструкцией по монтажу на оптоволоконный кабель.

Среди многих людей распространено предубеждение о трудностях установки разъемов на оптоволоконные кабели, поскольку они слышали «о сложном процессе скола и полировки стеклянного волокна». Когда им показывают, что этот «сложный процесс» выполняется с помощью очень простого приспособления и занимает меньше минуты, то окутывающая его «тайна» мгновенно улетучивается. Фактически, сборка оптического разъема ST - не более трудная задача, чем монтаж старого знакомого электрического разъема BNC. После обучения, которое занимает от 30 минут до часа, наибольшее время при установке оптических разъемов расходуется на ожидание затвердевания эпоксидной смолы. Тем не менее предубеждение остается широко распространенным, и для таких потребителей некоторые фирмы выпускают оптические разъемы так называемого быстрого монтажа. Они устанавливаются на кабели с помощью разнообразных механических зажимных систем, клеевых расплавов, быстросохнущих клеев (а иногда и вообще без химических клеящих составов). Некоторые из этих разъемов даже поставляются с заранее отполированным отрезком оптоволокна, вставленного в штифт, что вообще позволяет исключить процедуру окончательной обработки. Хотя установка этих разъемов действительно чуть более проста, никому не следует бояться и стандартного метода монтажа с использованием эпоксидной смолы и полировкой торца световода. На рис. 6 показана последовательность установки типового разъема ST на оптоволоконный кабель.

Рис. 6. Этапы монтажа разъема ST на оптоволоконный кабель

Также распространены оптические разъемы SMA, SC и FCPC. Все они подобны в смысле использования штифта, прецизионно совмещаемого с таким же штифтом в ответной части разъема, а отличаются только конструкцией механического соединения. Разъемы всех типов их изготовители снабжают простой пошаговой инструкцией по монтажу на оптоволоконный кабель.

Оптические коннекторы применяются при оконцовке оптических волокон для их стыковки с пассивным или активным телекоммуникационным оборудованием.

Сегодня на рынке представлено большое количество специализированных оптических коннекторов. В телекоммуникациях и сетях кабельного телевидения наибольшее распространение получили коннекторы типов SC, FC, ST, имеющие стандартные размеры и миниатюрные LC. Оптические коннекторы могут соединять как одно, так и несколько волокон.

Оптический коннектор состоит из корпуса, внутри которого расположен наконечник (феррула) с прецизионным продольным концентрическим каналом. Диаметр канала зависит от того, какое оптическое волокно будет использоваться - одномодовое или многомодовое. Для одномодового волокна диаметр канала феррулы равен 125,5-127 мкм, для многомодового 127-130 мкм. Наиболее распространенный внешний диаметр феррул - 2,5 мм, но в оптических коннекторах с малым форм-фактором используются феррулы диаметром 1,25 мм. Стандартно в качестве материала феррул используется диоксид циркония.

Феррула соединяется с оптическим волокном: волокно без оболочки вставляется в канал наконечника и фиксируется, выступающий конец волокна скалывается параллельно с поверхностью торца ферула, сам торец ферула полируется. Далее феррула с волокном совмещается с корпусом разъема. После соединения волокна и феррулы, сборка тестируется на наличие дефектов (на микроскопе или интерферометре). Для одномодового волокна точность выравнивания волокна в ферруле должна быть выше, чем 0,5 мкм, угловое отклонение не более 5 гр., а возвратные потери не менее 40 дБ.

Существует несколько наиболее часто используемых типов коннекторов, каждый из которых требует своего метода сборки. Но минимум два шага этих методов являются общими для всех типов.

1) Волокно закрепляется в оптическом коннекторе с помощью эпоксидной смолы. Этот процесс важен с точки зрения обеспечения надежности соединения. Эпоксидная смола предотвращает движение оптического волокна, что позволяет производить равномерную полировку торцов феррулы и оптического волокна.

2) Торец феррулы полируется для обеспечения наиболее плотного соединения коннекторов. Это необходимо для того, чтобы снизить в точке соединения коннекторов вносимое в линию затухание и обратное отражение.

Существует несколько типов полировки

РС (Physically Contact)
UPC (Ultra Physically Contact)
APC (Angled Physically Contact)
SPS (Super Physically Contact)

В случае полировки UPC плоскость торца феррулы перпендикулярна оптическому волноводу волокна, при APC - наклонена под углом 8°.

В телекоммуникациях стандартно используются оптические коннекторы с полировкой UPC, обозначаемые синим цветом, реже - APC, обозначаемые зеленым цветом. Оптические коннекторы с полировкой APC не совместимы с другими типами коннекторов, они нашли широкое применение в сетях кабельного телевидения.

Выбор метода полировки зависит от материала наконечника. Если материал наконечника очень твердый, например керамика, то, как правило, наконечник закруглен в районе торцевого конца, и на него ссылаются как на предварительно закругленный. Мягкие материалы наконечника, такие, как композитные термопластики или стеклокерамика, могут полироваться плоско. Эти материалы интенсивно используются, так как изнашиваются примерно с такой же скоростью, что и оптоволокно, и поддерживают высокое качество физического контакта.

Торцевые концы волокна закругляются, для того, чтобы свет не отражался непосредственно назад к источнику (угол отражения равен углу падения). В случае закругления торца, отражение происходит назад под углом и рассеивается, а волокна соприкасаются наиболее выступающими точками, приходящимися на среднюю часть светонесущей сердцевины волокна. Таким образом, воздушный зазор исключен.

Обратное отражение может быть снижено еще больше, если использовать угловой физический контакт APC (Angled Physically Contact). Угловой контакт отражает свет в оболочку волокна, а не в сердцевину.

Возвратные потери оптического коннектора должны быть, как уже говорилось, не меньше 40 дБ.

Еще одна важная характеристика оптического коннектора - количество циклов соединения. Оно определяется числом соединений/разъединений, начиная с которого характеристики коннектора начнут ухудшаться. Это число, как показывает опыт, колеблется от 200 до 600 соединений. В конце жизненного цикла потери на коннекторе не должны увеличиваться более чем на 0,2 дБ.

Требования, предъявляемые к коннекторам:

Малые вносимые потери
Малое обратное отражение
Устойчивость к внешним механическим, климатическим и другим воздействиям
Высокая надежность и простота конструкции, незначительное ухудшение параметров после многократных повторных соединений

Типы оптических коннекторов

Коннекторы ST были разработаны в середине 80-х годов. Удачная конструкция этих коннекторов обусловила появление на рынке большого числа их аналогов. В настоящее время коннекторы ST получили широкое распространение в оптических подсистемах локальных сетей. Керамический наконечник диаметром 2,5 мм, с выпуклой торцевой поверхностью диаметром 2 мм обеспечивает физический контакт стыкуемых световодов. Для защиты торца волокна от повреждений при прокручивании в момент установки применяется боковой ключ, входящий в паз розетки, вилка на розетке фиксируется байонетным замком.

Коннекторы ST просты и надежны в эксплуатации, легко устанавливаются, относительно недороги. Однако, простота конструкции имеет и отрицательные стороны: чувствительность к резким усилиям, прилагаемым к кабелю, а также к значительным вибрационным и ударным нагрузкам, ведь наконечник представляет собой единый узел с корпусом и хвостовиком. Этот недостаток ограничивает применение подобного типа коннекторов на подвижных объектах. Детали коннекторов ST обычно изготавливаются из цинкового сплава с никелированием, реже из пластмассы.

При сборке коннекторов арамидные нити упрочняющей оплетки кабеля укладываются на поверхность задней части корпуса, после чего надвигается и обжимается металлическая гильза. Такая конструкция позволяет в значительной мере снизить вероятность обрыва волокна при выдергивании коннектора. Для дополнительного увеличения механической прочности соединительных шнуров в коннекторах ряда производителей предусматривается обжим на задней части корпуса не только арамидных нитей, но и внешней оболочки миникабеля.

В настоящее время ST-коннектор заменяется на более прогрессивный FC-коннектор.

Этот тип коннектора широко применяется как для одномодового, так и для многомодового волокна. SC-коннектор относится к классу коннекторов общего пользования и применяется как в сетях с большой длиной секций, так и в локальных сетях. В устройстве используется механизм сочленения "push-pull".

Коннектор SC базового типа состоит из сборки (вилки), содержащей наконечник, вставленной в корпус разъема, центрирующую наконечник. Оптический SC-коннектор может объединяться в модуль, состоящий из нескольких разъемов. В этом случае модуль может использоваться для дуплексного соединения (одно волокно которого используется для передачи в прямом, а другое в обратном направлениях). Коннектор имеет ключ, предотвращающий неправильное соединение волокон.

Коннекторы типа FC ориентированы, в основном, на применение в одномодовых линиях дальней связи, специализированных системах и сетях кабельного телевидения. Керамический наконечник диаметром 2,5мм с выпуклой торцевой поверхностью диаметром 2 мм обеспечивает физический контакт стыкуемых световодов. Наконечник изготавливается со строгими допусками на геометрические параметры, что гарантирует низкий уровень потерь и минимум обратных отражений. Для фиксации коннектора FC на розетке используется накидная гайка с резьбой М8 х 0,75. В данной конструкции подпружиненный наконечник жестко не связан с корпусом и хвостовиком, что усложняет и удорожает коннектор, однако такое дополнение окупается повышенной надежностью.

Уровень вносимых потерь коннектора типа FC составляет <0,4 дБ. Они имеют средства для настройки. Ключ настройки позволяет настраивать уровень вносимых потерь до нескольких десятых дБ. После того, как позиция минимальных потерь найдена, ключ может быть зафиксирован.

Коннекторы типа FC устойчивы к воздействию вибраций и ударов, что позволяет применять их на соответствующих сетях, например, непосредственно на подвижных объектах, а также на сооружениях, расположенных вблизи железных дорог.

Миниатюрные LC-коннекторы имеют размеры примерно в два раза меньше, чем обычные варианты SC, FC, ST с диаметром наконечника 1,25 мм, вместо стандартного 2,5 мм. Это позволяет реализовать большую плотность при установке на коммутационной панели и плотную схему установки в стойку.

Коннектор фиксируется с помощью прижимного механизма, исключающего случайное разъединение.

D4-коннектор

Этот тип оптических коннекторов особенно широко используется для одномодового волокна. Он во многих отношениях похож на FC-коннектор, но имеет наконечник меньшего диаметра - 2,0 мм.

FDDI-коннектор

Разъем FDDI спроектирован как двухканальный, использует два керамических наконечника и механизм боковых защелок. Прочный кожух защищает наконечники от случайных повреждений, тогда как плавающий стык обеспечивает ему плотное сочленение без усилий. Уровень вносимых потерь составляет порядка 0,3 дБ для одномодового волокна и порядка 0,5 дБ для многомодового. FDDI - технология локальных сетей, используемая для пакетной передачи данных со скоростью 100 Мбит/с в соответствии со стандартом ANSI.

Оптический разъем Е-2000 и F-3000

Разъемы Е-2000 представляют из себя достаточно сложную конструкцию. Для разъединения разъема требуется специальный ключ, поэтому вероятность случайного разъединения разъема Е-2000 сводится к нулю. После разъединения коннектора, отверстие закрывают специальные шторки. Данные разъемы отличает большое количество циклов соединений - до 2000.

Оптические разъемы F-3000 являются усовершенствованной версией разъема Е-2000. Отличие заключается в диаметре ферула - 1,25 мм (у F-3000) и в материале шторок, у F-3000 они металлические.

Существует еще большое количество типов оптических разъемов - HDSC, FJ, SC-Compact, MU, SCDC, SCQC, Mini-MT, MT-RJ, Mini-MPO, Optoclip II, VF-45 и прочие. Эти разъемы имеют узкое прикладное назначение и в настоящее время не получили широкого применения.